原创【基础教程】按键电路

 2010-4-17 22:02  3198 10 11 分类: 通信

本文章来自www.zyxmcu.com（张彦欣单片机），更多内容，敬请登录。

在上一节，我们讲了如何用单片机的IO口控制外部的发光二极管发光，设置组成漂亮的流水灯。这一节，我们学习如何使用单片机读取外部IO口的状态。这其中的用处是极其广泛的，比如读取传感器的状态等等，都需要这个功能。
虽然说起来用处大，但是这确实极其简单的一个过程。首先，我们先来看一个例子：

void main()
{
      if(P0 == 0x00)   //读取P0口的状态，检查P0口是不是全部是低电平。
      {
              P1=0xFF;  //如果P0口全部是低电平，则让P1口全部输出高电平。
       }
      else
     {
              P1=0x00;
      }
}

看上面的这个程序，是不是非常的简单？就是判断P0口是不是0x00。有人可能要问了，如果我要判断P0.0端口的状态呢？我应该如何编写？下面几种方式都可以(可以，但不限于这几种方法)：

【1】首先定义位变量：
sbit PORT = P0^0; //首先将P1^0定义成一个“位变量”PORT(其他名字也可以)。
if(PORT == 1){……} //然后判断这个位变量的状态。
【2】通过逻辑运算：
if(P0&0x01 == 0){……} //通过“按位与”运算符将P0口的状态“与上0x01”。（不懂不要紧）

好了，我们也看到了，端口的读取操作非常的简单。下面，我们就来了解一下，按键电路是什么原理：
按键电路接到CPU的一个引脚上，要让CPU识别出来，肯定是按键按下去和按键抬起来CPU引脚上的电平应该是不一样的(可以是按键按下是高电平；也可以按键按下是低电平。这个完全依照你的设计)。比如下面这个常见的复位电路：

通过这个电路，我们可以很明显的看出来，当按键没有按下时候，端口“RST”处的电平是低电平；当按键按下去的时候，“RST”处的电平是高电平。那么，如果我们将这个按键电路的输出接到了P0.0端口上，我们就可以非常简单的检测出按键是否按了下去：
sbit KEY == P0^0;
if(KEY == 1) //按键按了下去
{……}
else if(KEY == 0) //按键没有按下去
{……}

你应该已经看到了吧，按键的电路就是这么简单。当然，以上的按键只是一种形式，你可以设计任何形式的电路，只要是按键在按下去前后有部分“变量”发生了改变，而单片机可以检测到这种变量。什么意思呢，就是说，你只要抓住某个“变量”发生了变化就可以。比如，上面的电路是按下去前后输出电平发生了变化，而单片机可以直接检测这个信号，那么这就是一个成功的按键电路；有些按键按下去以后，是电容值发生了变化，经过一系列的转换电路，也可以将这个变化转变成一个数字信号，这就是电容式按键；还有的按键电路，是按下去后电阻值发生了变化，通过一定的信号处理单元，单片机也可以计算出按键的状态，这也是很多触摸屏的工作原理。
总之，发挥你的想象，创造出更多的按键电路吧~~

    既然已经谈到了按键电路，那有些需要注意的东西就不得不讨论一下了：

1.干扰的滤波问题。
如果有一个代码是这样写的：
sbit KEY == P0^0;
if(KEY == 1)         //按键按了下去
{……}
else if(KEY == 0) //按键没有按下去
{……}
    请问这个代码是否是可行的呢？有人可能奇怪了，这是我们刚才学习时候用的代码啊？怎么可能有问题呢？对，这就是问题。学习、理论和实际是有些许区别的。这行代码“不健康”(形容代码不能稳定有效的运行)的原因有：
A.单片机运行中可能有干扰，单片机的某个引脚可能遇到外部信号的影响(比如打雷、电动机的起停等)，出现信号杂波干扰。这个时候可能出现脉冲尖峰干扰(出现一个时间极短的错误信号)。以上这几行代码显然不能抗干扰，会对这样的脉冲出现误动作。
B.人们在用手按一个按键的时候，其实微观上不是立即闭合的。其实我们在按一个按键的时候是断开--时断时续--闭合的过程。正如下图所示，这是一个振荡的过程。如果在振荡过程中，没有滤波，那么单片机就会认为是按下按键很多次，那么就可能发生很多次响应，导致错误(很有些场合，可能发生致命错误甚至人身伤亡)。

    综上所述，按键的“去抖”问题，是必须要引起重视的。那么按键去抖都有那些方法呢，下面我们就开始讨论这个基本但是严肃的问题：
A。使用一个电容滤波是个不错的选择。我们都知道，电容两端的电压不能突变，这就意味着电容两端的电压变化是比较“平滑”的，这刚好对于这种“脉冲式”的杂波有着非常好的滤波效果。
B。有的最普遍，也是最有效的滤波方式是软件滤波。我们仔细分析一下以上的两个干扰的“共同点”，就是都是一个“非常短暂”的过程。都属于“脉冲式”的干扰。对付这样的干扰有什么好的办法吗？当然有--“延时”。先看看例子：
void mian()
{
    sbit KEY = P0^0;
    if(KEY==1)             //检测到有按键按下的时候，不要立即执行相关程序。
    {
         Delay_20ms(); //延迟20ms以后再次检测按键状态。这个函数需要用户自己编写。
         if(KEY==1)        //如果按键还是按下的，执行相关的程序。
         {......}
    }
}
    以上这个方法是非常常用的方法，也是比较经典的方法。当然，按键电路的方式还有很多，而每个方法肯定都有自己的优缺点。比如这个方法虽然简单，但是在延时20ms的时候CPU不响应任何的请求，造成系统实时性比较的差。
    我自己经常用的是我自己发明的“事件驱动法”，这个用法在我的EDN博客中有说明(但是是早期的，不是很完善)。其主要的思想就是当按键按下后，就开始计数，计数到达一定的数值后就算按键被按下；当检测到按键松开后，立即清零计数值(当然这其中有很多的标志位和数据溢出等问题需要注意)。